TSTO级间分离气动特性数值仿真分析

简介

两级入轨(TSTO)重复使用飞行器并联级间分离是一二级飞行器设计必须考虑的关键因素。采用国家数值风洞工程通用CFD软件NNW-FlowStar,基于各向异性非结构混合网格及重叠网格技术,研究了TSTO在侧滑角下的并联级间分离过程。软件通过自主改进的Roe熵修正方法、节点高斯梯度算法实现高超声速流场的精细模拟,运用“物面相交”准则实现多套网格间的并行挖洞。采用双时间步求解非定常分离过程,内迭代计算采用LU-SGS方法。文中首先采用WPFS投放标模验证了软件在常规分离投放方面的数值模拟精度;然后模拟获得TSTO组合体定常气动特性,分析了不同攻角下一二级的气动特性以及可能的安全分离状态;最后数值模拟了TSTO在负攻角、正侧滑角下的并联级间分离过程,与对应的CTS试验结果比较,两级质心位移的计算值和实验值随时间变化具有很好的一致性,偏航角及俯仰角在变化规律和量值上比较吻合,表明软件具备升力体并联级间分离类问题的数值模拟能力。